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重建和发展以太假说
[楼主] 作者:guofengjun  发表时间:2004/07/09 21:25
点击:330次

重建和发展以太假说
郭峰君
摘要  对以太假说的兴衰史作了简要的回顾。对如何重建和发展以太假说提出了新的观点,认为以太是物质存在的低级形式,宇宙中的所有空间都充满着以太;以太是以流体形式存在和运动的;物体的运动会影响其内部及周围以太的运动,以太的运动也会对物体的运动产生影响;没有绝对静止的以太;有结构的物体既可以在以太中生成,也可以在以太中湮灭;天体的运动属于一种随波逐流的自然运动,宇宙空间虽然充满以太,但是以太对天体的自然运动并不表现出阻力效应。还提出一个验证以太漂移的实验设计方案。

1  以太假说的兴衰史
   
以太(ether)是一个历史上的名词,它的涵义也随着历史的发展而发展。
在古希腊,以太指的是青天或上层大气。在宇宙学中,有时又用以太来表示占据天体空间的物质。17世纪的R.笛卡尔是一个对科学思想的发展有重大影响的哲学家。他最先将以太引入科学,并赋予它某种力学性质。在笛卡尔看来,物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递,不存在任何超距作用。因此,空间不可能是空无所有的,它被以太这种媒质物质所充满。以太虽然不能为人的感观所感觉,但却能传递力的作用,如磁力和月球对潮汐的作用力。
后来,以太又在很大程度上作为光波的荷载物同光的波动学说相联系。光的波动说是由R.胡克首先提出的,并为C.惠更斯所进一步发展。在相当长的时期内(直到20世纪初),人们对波的理解只局限于某种媒介物质的力学振动。这种媒介物质就称为波的荷载物,如空气就是声波的荷载物。由于光可以在真空中传播,因此惠更斯提出,荷载光波的媒介物质(以太)应该充满包括真空在内的全部空间,并能渗透到通常的物质之中。除了作为光波的荷载物以外,惠更斯也用以太来说明引力的现象。I.牛顿虽然不同意胡克的光波动学说,但他也像笛卡尔一样反对超距作用并承认以太的存在。在他看来,以太不一定是单一的物质,因而能传递各种作用,如产生电、磁和引力等不同的现象。牛顿也认为以太可以传播振动,但以太的振动不是光,因为光的波动学说(当时人们还不知道横波,光波被认为是和声波一样的纵波)不能解释现在称为的光的偏振现象,也不能解释光的直线传播现象。
18世纪是以太假说没落的时期。19世纪,以太假说又获得复兴和发展,这主要是T.杨和A.-J.菲涅耳工作的结果。随后,以太在电磁学中也获得了地位,这主要是由于M.法拉第和J.C.麦克斯韦的贡献。19世纪中期曾进行了一些实验以求显示地球相对以太参照系运动所引起的效应,并由此测定地球相对以太参照系的速度,但都得出否定的结果。19世纪末可以说是以太论的极盛时期。为了测出地球相对以太参照系的运动,A.A.迈克耳孙和E.F.莫雷于1887年所作的干涉仪实验的结果发表后,科学界大为震惊。这个零结果对菲涅耳部分拽引假说是一个致命打击。迈克耳逊和莫雷倾向于斯托克斯的完全拽引假说,但是从斯托克斯的完全拽引假说出发,必然会引起一个结论,即在运动物体表面有一速度梯度的区域。如果靠得很近,总可以察觉出这一效应。于是英国物理学O.J.洛奇在1892年做了一个钢盘转动实验,以试验以太的漂移。洛奇的钢盘实验虽然没有迈克耳逊—莫雷实验的影响大,但它的结果导致人们对斯托克斯的完全拽引假说也失去了信心,使得相对性原理得到普遍承认,并被推广到整个物理学领域。
在狭义相对论确立以后,以太被物理学家们彻底抛弃了。人们接受了电磁场本身就是物质存在的一种形式的概念,而场可以在真空中以波的形式传播。量子力学的建立更加强了这种观点,因为人们发现,物质的原子以及组成它们的电子、质子和中子等粒子的运动也具有波的属性。波动说已成为物质运动的基本属性的一个方面。那种仅仅把波动理解为某种媒介物质的力学振动的狭隘观点已完全被冲破。
然而人们的认识仍在继续发展。到20世纪中期以后,人们又逐渐认识到真空并非是绝对的空,那里存在着不断的涨落过程(虚粒子的产生以及随后的湮灭)。这种真空涨落是相互作用着的场的一种量子效应。今天,理论物理学家进一步发现,真空具有更复杂的性质。真空态是这些简并态中的某一特定状态。目前粒子物理中所观察到的许多对称性的破坏是真空的这种特殊“取向”所引起的。在这种观点上建立的弱相互作用和电磁相互作用的电弱统一理论已获得很大的成功。

2  如何重建和发展以太假说

经典以太假说之所以被物理学家们彻底抛弃了,从实验上讲,是因为没有观测到机械以太漂移的现象;从理论上讲,是因为机械以太被设计得太复杂;从心理上讲,笔者认为,是因为机械以太实在太可怕了。我们可以想象一下,如果以太是绝对静止的,地球以每秒30公里的速度在以太中穿行,那么我们每一个人也必然是以每秒30公里的速度在以太中穿行,这样的景象难道还不可怕吗?既然这种可怕的现象并没有发生,就证明要么宇宙空间中没有以太,要么地球没有在以太中穿行。如果说宇宙空间中没有任何物质,恐怕谁也不会承认。电场、磁场、引力场、电磁波(光)都是宇宙空间中表现出的现象,它们都是物质存在的形式。如果说宇宙空间中有某(些)种物质,那么这(些)种物质又是以怎样的方式存在的呢?
切入正题。笔者认为,宇宙空间中确实存在着某种物质,真空不空,我们仍然可以将这种物质称为以太;以太是物质存在的低级形式,宇宙中的所有空间都充满着以太;以太是以流体的方式存在和运动的;物体的运动会影响其内部及周围以太的运动。以太的运动同样也会对物体的运动产生影响;没有绝对静止的以太;有结构的物体既可以在以太中生成,也可以在以太中湮灭;近些年来在天文观测中发现可能还存在着的暗物质,从理论上讲,应该就是以太。流体的最基本特征是具有流动性和粘滞性。水和空气是流体,它们都具有流动性和粘滞性。流体的流动性很好理解,流体的粘滞性怎样理解呢?科学研究指出,平时感到速度很小的雨滴,如果没有空气的粘滞性力,它足以穿透1毫米厚的钢板,人体会被淋烂!从天外飞向地球的流星,如果没有空气的粘滞阻力,将给地球带来灾难。正因为以太是粘滞性流体,所以在地球旋转的过程中,地球内部和周围的以太也随着地球旋转;在地球平移的过程中,地球内部和周围的以太也随着地球平移。提出几个描述在流水中如何运动的成语,它们对我们研究流体与固体之间的运动关系应该是有启发意义的,如:顺水行舟,逆水行舟,中流砥柱,随波逐流等等。在江河中顺流而行的船只,不用划桨,照样可以到达目的地。在流水中漂浮的树叶也是随波逐流地自然运动。难道天体的运动不是这样吗?天体的运动并没有受到任何阻力,笔者认为,因为它们的运动就是一种随波逐流的自然运动。宇宙空间虽然充满以太,但是以太对物体的自然运动并不表现出阻力效应。

3  一个验证是否存在以太漂移的可行性实验

光或电磁波究竟是光子流还是介质扰动,本实验可以做为一个判决性实验。
实验原理:假设以太存在,光或电磁波依赖以太传播,物体内部空间的以太能够随着物体的运动而被拖拽着一起运动。
实验设备:如图所示,A是光源,B是接收器,C是可以绕与A-B平行的定轴高速旋转的圆柱刚体。
实验方法:将A、B放置在圆柱体的近边缘处。当C静止时,A发射的光线(最好是用穿透力较强的射线,如x射线、γ射线)可以经过C到达B。使C高速旋转后,若B不能再接收到来自A的光线,则证明光线经过C时发生了偏转现象,C内部空间的以太能够被C拖拽而产生漂移。在C内光线发生偏转的程度或C内以太产生漂移的程度主要取决于C的密度、纵向长度和转动速度三个因素,但是,在一般条件下,该实验的观测效果可能不会很明显,在进行该实验时,还需要增补一些能够放大观测效果的附属设计。
历史上曾经有三个关于测量以太运动的经典实验,即1851年菲佐的流水实验、1887年迈克耳孙-莫雷的干涉仪实验、1892年洛奇的转盘实验。
假设以太客观存在并能够被物体拖拽运动,很容易解释上述三个实验结果。
由于地球质量非常大,地球表面的以太能够与地球保持相对静止状态,水平光程与垂直光程完全相等,因此迈克耳孙-莫雷的干涉仪实验必然要得出零结果,其实验原理是错误的。
洛奇的转盘实验是利用两块相距1英寸、直径3英尺的钢锯圆盘高速旋转的方法。由于钢盘质量相对于地球质量太小,虽然两个钢盘可以高速转动,但是不足以将中间空间的以太明显地带动起来,因此也无法观测到光的干涉现象,其实验原理虽然正确,但是实验方法是无效的。
笔者认为,菲佐的流水实验实质上就是判断物体内部的以太被物体拖拽着运动的一个典型实验,但是由于后来受到狭义相对论的曲解和否定,这个实验在过去很长一个历史阶段在科学上应有的重要意义几乎被埋没了,对其我们现在需要重新关注和理解。另外,笔者还认为,不同频率的光或电磁波在完全相同的介质中的传播速度必然是完全相同的,包括声波也是一样,与折射率的大小根本没有联系,当然,这个问题尚有待于继续进行深入探讨。
    总而言之,当大家有了以太属于粘滞性流体和天体处于自然运动状态这两个大的轮廓以后,经过深入研究,也许许多百思不解的疑难问题很快就能迎刃而解了。

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 [2楼]  作者:z0x1c2  发表时间: 2004/07/10 01:12 

看到郭先生的乐观情绪 我也乐 想起一事 不觉悲从衷来
郭先生的乐观情绪感染了我,让我好好地乐了一阵,但是一想到粘滞以太不能解释光行差,而相对论可以解释光行差,于是我就乐不成了,郭先生还能继续乐乎?
 [3楼]  作者:yeboyebo  发表时间: 2004/07/10 06:39 

以太涡旋论可以解决光行与迈氏试验的矛盾

四、迈氏试验不能否定以太涡旋

迈克尔逊—––莫雷试验的零结果不能否定以太的涡旋。理由是这样的:地球在绕太阳的轨道上运转和自转时,会带动以太。在地球上空,产生的并不是“以太风”,而是以太的涡旋。这些以太的涡旋从整体上不会影响遥远星光向地球的传播。也就是说,对于光的传播而言,以太的涡旋与静止的以太产生的效果是一样的。地球相对于恒星在运动着,因此会产生众所周知的光行差。

同样地,由于迈克尔逊—莫雷试验中的水平和垂直臂上,没有 “以太风”,只有以太涡旋,因而根本不会产生光程差,从而干涉条纹也不会发生任何变化。因此,迈克尔逊—莫雷试验只不过否定了 “以太风”的存在,并不能否定以太涡旋的存在。

[楼主]  [4楼]  作者:guofengjun  发表时间: 2004/07/10 08:56 

回复:您了解光行差的物理学机制吗?毫无头脑的一乐!
重建和发展以太假说
 [5楼]  作者:z0x1c2  发表时间: 2004/07/10 12:23 

我是看到郭先生的乐观情绪才乐的 如果说这是无头脑的乐 则郭先生的乐观情绪也是无头脑的 出师未捷 郭先生为何如此自一责 于军不
我总觉得郭先生回复的标题写的有点问题, 粘滞以太象空气一样随地球一起运动, 这样就不会产生光行差, 这是粘滞以太面临的困难, 我提此的目的, 是说郭先生的粘滞以太说有进一步完善的必要, 不料郭先生的气量竞如此狭榨, 听不得改进意见, 说我无头脑, 我是因为粘滞以太不能解释光行差而悲,  您要说也只能这样说: "你了解光行差的物理机制吗?毫无头脑的悲观"  而您却写错了, 您联系有商家支持出书, 不容易, 为此我敬您十分,所提完全是为了完善您的粘滞以太说,如果对此不满, 那就只能说好, 粘滞以太可以解释光行差, 这样我就完全了解光行差的物理机制了, 如此逢迎, 还讨论什么科学呢? 让大家都说您好不就完事, 请问, 相对论会因为大家都说您好而下台吗?作为反相群集中的一员大将, 应有容纳百川的度量, 应有兼容包并的胸襟, 这样才能克敌制胜.
 [6楼]  作者:z0x1c2  发表时间: 2004/07/10 22:15 

杀鸡何用叶先生的大牛刀
重建和发展以太假说
[楼主]  [7楼]  作者:guofengjun  发表时间: 2004/07/11 07:55 

回复:z0x1c2:您好!我为自己的出言不训向您致歉.

粘滞以太可以解释光行差, 这样我就完全了解光行差的物理机制了。

对这个问题,您可以参阅一下流体力学方面的书籍,其中有介绍牛顿的平行板剪切流动实验。将地球和恒星看作动板和静板,将星光看作从静板向动板发射的高频声波。光行差和声行差就一同解决了。

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